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空调制冷系统节能设计概述
文章来源:新威尼斯网站www.9778 发布时间:2019-5-10
空调基本知识:
空气调节:在某一特定空间,对空气温度、湿度、空气流动速度及清洁度进行人工调节,以满足人体舒适和工艺生产过程的要求。
家用空调节能:
家用空调器主要节能技术:
1)选用高效涡旋压缩机;
2)高效传热肋片,亲水铝箔→钛金;
3)换热器合理排列;
4)变频控制:控制压缩机电机转速和压缩机排量;
模糊控制:使用预期算法和优化算法,通过模糊软件控制压缩机和风扇转速;
神经网路控制:对参数进行学习、记忆、判断、联想处理,空调器按人感觉的最舒适条件运转;
户式中央空调节能:
户用冷/热风机组(风管式):室外机产生冷/热量,室内机组将室内回风(或回风与新风的混合空气)进行冷却或加热处理后,通过风管送入空调房间。
风冷热泵冷热水机组:室内侧空调冷热水被管道输送到空调房间末端装置。
多联变频变制冷剂流量热泵空调系统:
户式燃气中央空调:
室外机以燃气为能源,夏天溴化锂吸收式制冷,制取7℃冷冻水;冬季由热水燃烧器加热其中盘管,产生45℃热水。
大型中央空调系统节能:
设计方案:进行详细的负荷计算,不能估算。
除在方案设计或初步设计阶段可使用热、冷负荷指标进行必要的估算外,施工图设计阶段应对空调区的冬季热负荷和夏季逐时冷负荷进行计算(from:民用建筑供暖通风与空气调节设计规范7.2.1)。
施工图设计阶段,必须进行热负荷和逐项逐时的冷负荷计算(from:公共建筑节能设计标准5.1.1)。
温湿度合理搭配,合理降低室内温湿度标准。
依据负荷特性划分内外区,或采用多分区空调:
体育馆、影剧院、博物馆、商场等公共建筑采取:
a.高速喷口诱导送风;
b.影剧院下送风或座椅送风;
c.分层空调;
高大建筑物中,仅对
下部工作区进行空调,
而对上部较大空间不
予空调,或夏季采用
上部通风排热。
公共建筑节能设计标准 5.3.22
高大厂房分层空调:
腰部水平送风分层空调气流组织基本形式:
分层空调冷负荷组成:
自身冷负荷;非空调区的对流热转移负荷;非空调区的辐射热转移负荷。
中庭空调与防排烟常用方案:
由下部负荷设空调送风,水平送风隔断上、下空间,夏季无排风或设机械排风;
只考虑夏季排风和地面采暖,不设空调。
办公或商业服务建筑群、宾馆,可采用如下方式:
新风机组+风机盘管,布置灵活;过渡季无法充分利用室外风。
变风量系统,节能;昂贵。
室内局部热源就地排除。
冷热源节能:
规范条文(GB50736-2012):
8.1.1 供暖空调冷源与热源应根据建筑物规模、用途、建设地点的能源条件、结构、价格以及国家节能减排和环保政策的相关规定等,经过综合论证确定,并应符合下列规定:
1.有可供利用的废热或工业余热的区域,热源宜采用废热或工业余热。当废热或工业余热的温度较高、经技术经济论证合理时,冷源宜采用吸收式冷水机组;
2.在技术经济合理的情况下,冷、热源宜利用浅层地能、太阳能、风能等可再生能源。当采用可再生能源收到气候等原因的限制无法保证时,应设置辅助冷、热源;
3.不具备本条第1、2款的条件,但有城市或区域热网的地区,集中式空调系统的供热热源宜优先采用城市或区域热网;
4.不具备本条第1、2款的条件,但城市电网夏季供电充足的地区,空调系统的冷源宜采用电动压缩式机组;
5.不具备本条第1~4款的条件,但城市燃气供应充足的地区,宜采用燃气锅炉、燃气热水机供热或燃气吸收式冷(温)水机组供冷、供热;
6.不具备本条第1~5款的条件的地区,可采用燃煤锅炉、燃油锅炉供热,蒸汽吸收式冷水机组或燃油吸收式冷(温)水机组供冷、供热;
7.建筑的夏季室外空气设计露点温度较低的地区,宜采用间接蒸发冷却冷水机组作为空调系统的冷源;
8.天然气供应充足的地区,当建筑的电力负荷、热负荷和冷负荷能较好匹配、能充分发挥冷、热、电联产系统的能源综合利用效率并经济技术比较合理时,宜采用分布式燃气冷热电三联供系统;
9.全年进行空气调节,且各房间或区域负荷特性相差较大,需要长时间地向建筑物同时供热和供冷,经技术经济比较合理时,宜采用水环热泵空调系统供冷、供热;
10.在执行分时电价、峰谷电价差较大的地区,经技术经济比较,采用低谷电价能够明显起到对电网"削峰填谷"和节省运行费用时,宜采用蓄能系统供冷供热;
11.夏热冬冷地区以及干旱缺水地区的中、小型建筑宜采用空气源热泵或土壤源地源热泵系统供冷、供热;
12.各有天然地表水等资源可供利用、或者有可利用的浅层地下水且能保证100%回灌时,可采用地表水或地下水地源热泵系统供冷、供热;
13.具有多种能源的地区,可采用复合式能源供冷、供热。
天然冷源1—地下水:
我国大部分地区,用地下水喷淋空气都具有一定的降温效果。
“深井回灌”技术:夏季冷水送到喷水室去对空气进行减湿冷却处理。回水排入热深井2贮存起来,以备冬季使用;冬季对空气进行加热加湿处理,低温回水排入冷深井1贮存起来,以备夏季使用。
天然冷源2—地道风:
由于夏季地道壁面的温度比外界空气的温度低很多,所以在有条件利用的地方,使空气穿过一定长度的地道,也能实现对空气冷却或减湿冷却的处理过程。
天然冷源3—天然冰、水:
自20世纪70年代以来,国外兴起了利用天然冰储冷的空调技术的研究。夏季空调时,来自天然储冰池的冰水。此外还有深湖水、山涧水、溶洞水等。
什么情况下采用吸收式制冷更利于节能?
单效机~100℃左右热源,COP为0.7-0.8。
双效机~150℃左右热源,COP为1.2-1.3。
三效机~200℃以上热源,COP为1.6-1.7,目前无成熟产品。
燃煤或燃气锅炉制蒸汽,再利用蒸汽吸收式制冷,节能否?
燃煤蒸汽锅炉:锅炉效率80%,双效机COP=1.3,从燃煤到制冷的综合效率为1.3×0.8=1.04。
同样规模的电动压缩制冷机的COP=5.5。我国燃煤发电效率为30%,考虑15%的传输损失,从燃煤到末端用电的转换效率为0.3×0.85×5.5=1.4,高于吸收式制冷的1.04。
直接通过直燃式吸收机燃烧燃气或燃油制冷,节能否?
从燃煤到制冷的综合效率为能量转换效率为1.3(100%×1.3),大型燃气发电厂的发电效率为55%,考虑15%传输损失,燃气发电再电力制冷的综合转换效率为0.55×0.85×5.5=2.57,远高于吸收机1.3的能量转换率。
无论锅炉制蒸汽,再蒸汽吸收式制冷,还是直接燃烧燃气或燃油吸收制冷,能源利用率均不如先在大电厂发电,再由电制冷。因此,一般情况下不提倡通过直接燃烧燃煤、燃气、燃油的吸收式制冷方式。
有工厂余热或热电联产电厂余热时,采用吸收式制冷,可在夏季充分利用这些余热,替代常规的电压缩制冷,实现能量的充分利用。
缺少电力供应的地区,吸收式制冷可被作为降低电力峰值负载的办法。
冷热源节能措施:
优先利用可再生能源;
重视冷热源部分负荷性能;
合理配置机组台数和容量大小(2-3台,一大一小);
多台制冷机并联运行时,不开启的制冷机前后的冷冻水、冷却水管阀门必须关闭,防止不必要的短路旁通;
及时调节供水温度,实现变水温调节;
及时清洗冷凝器和蒸发器。
正视区域供冷供热技术:
我国区域供冷项目,由于沿用传统空调设计方法,将通过单体建筑负荷指标得出的各建筑的空调负荷简单叠加,又不考虑同时系数,就会使系统容量远大于需求量(可达2.6倍),使管网输送温差常时保持在2~3℃。最终使水源热泵相对于空气源热泵的能效优势全部损失在输送能耗之中。
如果热电冷联供系统选用小型燃气轮机和余热吸收式制冷机的组合,在全供冷模式下,其一次能效率只比直接用电动离心机制冷高10%左右,输送能耗也会使这点优势丧失殆尽。
三种区域供冷方案的比较(ex:世博园)
方案1:大型离心机水源热泵,集中供冷;
方案2:冷却水集中输送,分散水源热泵;
(A)末端两级压缩离心机
(B)末端螺杆机
方案3:区域热电冷联产(DCHP)。
初投资和运行成本比较:
几种区域供冷方案的能耗比较:
空气处理机组节能:
主要技术指标:风量、风压、供热量、供冷量。
空调系统的评价指标:
采用能效比COP(EER)评价制冷机额定制冷工况
综合部分负荷值IPLV评价制冷机部分负荷制冷工况
季节能效比SEER评价额定制冷制热工况
1)EER制冷性能系数(能效比) Energy efficiency ratio=制冷量/制冷消耗功率
2)COP制热性能系数Coefficient of Performance=制热量/制热消耗功率
3)IPLV(Integrate partial load value)综合部分负荷值,反应单台制冷机的实际使用效率,衡量机组性能与系统负荷动态特性的匹配。
A--冷却水进水温度30℃时的EER
B--冷却水进水温度26℃时的EER
C--冷却水进水温度23℃时的EER
D--冷却水进水温度19℃时的EER
对机组在不同负荷率下的性能表现,赋予不同大小的"时间权"值。
考虑空调制冷系统在部分负荷下的运行问题。公建节能标准规定:
约克某离心式冷水机组特性:
1)负荷在100%~40%时,随着负荷的下降,每产生1kw冷量的耗电比满负荷时少;
2)负荷在10%~40%时,随着负荷的下降,每产生lkw冷量的耗电均比满负荷大
3)为了节能,必须将冷水机组控制在100%~40%之间运行。
部分负荷性能系数IPLV:
冷水机组存在一个高能效比区。离心机组的高能效比区比螺杆机组的能效比区范围宽,能效比高。
严寒地区、寒冷地区和夏热冬冷地区,大部分运行时间集中在负荷率在30%~50%区域;夏热冬暖地区,大部分运行时间,集中在负荷率在50%~70%区域。
4)SEER(season energy efficiency ratio)季节能效比
空气处理机组节能措施:
机组风量、风压匹配,选择最佳经济点运行。
机组整机漏风要少;设置热回收设备。
尽量利用可再生能源。
水系统节能:
冷冻水系统+冷却水系统:
水系统现存问题:
水系统节能措施:
1)分支环路水力平衡
设计时进行分支环路之间的阻力计算
设计时设置能准确调试的技术手段
2)分区及设置二次泵
3)冬夏及部分负荷时水泵分设
4)冷冻水和冷却水循环泵开启台数=冷机开启台数
5)变流量水系统
一次泵变流量水系统:
基本原理:设计状态下,满负荷运行,压差旁通阀开度为0,△P为△P0。
负荷变小,两通阀关小,供回水压差超过△P0,压差控制器作用,旁通阀自动打开,直至△P减小至△P0。
部分水经旁通管进入回水管,与用户侧回水混合进入水泵及冷水机组,基本保持冷冻水泵和冷水机组的流量不变。
6)变频调速控制:
7)冷却塔节能
温度调节器控制风机起停
通过调速装置改变风机用电动机转速
冷却塔供冷技术(免费供冷)
冷却塔并联时,宜使水量在各塔之间均匀分布,并使冷却塔风机统一变频,尽量多开启冷却塔风扇、低频率运行,充分利用冷却塔换热面积。
冷却塔节能技术:
关闭不工作冷却塔的水阀,避免冷却水在不工作冷却塔旁通,导致不同温度的冷却水混合。
保持冷却塔周围通风顺畅,进入冷却塔的空气湿球温度不应高于室外环境温度1℃。
风系统节能:
1)正确选用空气处理设备
2)变风量系统
3)变频控制技术
4)局部热源的热量应通过局部排热系统就地排除
5)热回收(to be continued)
公建节能标准规定,风机的单位风量耗功率不应大于表中数据:
运行管理中的节能技术措施:
1)合理调整室内参数,并根据人员变化,调节新风量
新风量的大小主要根据室内允许CO2浓度确定,CO2允许浓度值取0.1%,每人所需新风量约为30m3左右。
在除了CO2气体之外的其它因素良好的情况下,可以考虑减少新风量。Ex:ASHRAE90一80规定,有回风的空调系统可以使新风量减少到33%(不抽烟的房间)
调节新风量:
可用如下方法减少新风量:
在回风道上设置CO2检测器,根据CO2气体浓度自动调节新风阀门;
监视室内人员,根据人数的变动,用手动预先把新风阀门开启到一定的开度;
用相应于星期或时刻而确定的运行图式进行程序控制新风阀。
2)防止过热及过冷
设置必要的恒温设备。
Ex:日本某办公楼(建筑面积5600m2),风机盘管系统,采用恒温器控制后,节省38%的冷量和26%的热量。
3)合理设定设备的启动和停止时间;在预冷、预热时
停止取用新风。
4)过渡季用室外空气作为自然冷量
在夏季室外空气焓大于室内空气焓、冬季室外室气焓小于室内空气焓时,减小新风量有显著的节能意义。
当供冷期间出现室外空气焓小于室内空气焓时,应全新风运行。
5)根据空调负荷变化规律,制定不同的运行策略,使机组所提供的制冷能力与用户所需要的冷量相适应。
根据空调负荷变化规律,合理调配冷水机组运行台数,使运行机组工作在高能效比区。
因地制宜地增加冰蓄冷系统,利用冰蓄冷系统的特点,最大限度消除负荷变化对冷水机组的影响,为冷水机组在高能效比区运行创造条件。
对于使用功能复杂的系统,必要时可增设调峰冷水机组;有特殊要求的房间,增设独立冷源。
6)加强冷却塔的运行管理,降低冷却水温度
对于停止运行的冷却塔,其进出水管的阀门应该关闭。否则,因为来自停开的冷却塔的水温度较高,混合后的冷却水水温就会提高,冷机的制冷系数就减低了。
冷却塔使用一段时间后,应及时检修,否则冷却塔的效率会下降,不能充分地为冷却水降温。
7)提高冷冻水温度
冷冻水温度越高,冷机的制冷效率就越高。冷冻水供水温度提高1℃,冷机的制冷系数可提高3%,因此,不要设置过低的冷机冷冻水设定温度。
要关闭停止运行的冷机的水阀,防止部分冷冻水走旁通管路,否则,经过运行中的冷机的水量就会减少,导致冷冻水的温度被冷机降到过低的水平。
8)提高运行管理人员的技术素质
9)合理的用能计费制度
10)管路系统检漏、检垢。
 
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